CN107154664A - 多机器人自动充电调度方法 - Google Patents

多机器人自动充电调度方法 Download PDF

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CN107154664A CN201710571062.1A CN201710571062A CN107154664A CN 107154664 A CN107154664 A CN 107154664A CN 201710571062 A CN201710571062 A CN 201710571062A CN 107154664 A CN107154664 A CN 107154664A
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Abstract

本发明公开了一种多机器人自动充电调度方法，包括后台服务器存储充电桩位置信息；机器人和充电桩向后台服务器注册；机器人和充电桩实时上报自身的状态；机器人上报位置信息和任务信息；机器人需要充电时向后台服务器上报需要充电的信息，后台服务器对待充电的机器人实现充电调度；待充电机器人将当前任务保存后与充电桩配对并对准充电；待充电机器人充电完成后离开充电桩并继续完成任务。本发明能够使得多机器人环境下的各个机器人都能够及时与充电桩配对并充电，保证了多机器人的工作持续性，提高了机器人工作的效率；采用了科学的对准方法，提高了机器人的充电效率，减少了管理人员人为干扰的因素，进一步提高了整体的效率。

Description

多机器人自动充电调度方法
技术领域
本发明具体涉及一种多机器人自动充电调度方法。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，机器人技术已经得到了长足的发展，已经开始在安防、保洁等领域发挥着举足轻重的作用。
机器人在自由移动进行安防或者保洁等工作时，其能源的供应全部依赖于自身的电池。因而，机器人必须时刻检查自身电池的电量状态，在电池电量较低时自动寻找充电桩，自动进行对准后靠近充电桩充电。随着机器人技术的普及，大量机器人的协同作业时代已经来临。因此，这也给多机器人的自动充电调度带来了新的问题。
目前，多机器人的自动充电调度方法，往往采用开放而简单的机器人自行占用充电桩的方式，缺乏一种科学有效的后台统一调度方法，使得真正需要立即充电的机器人无法立刻充电，从而使得机器人的充电过程管理混乱，无法有效的提高多机器人的运行效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调度科学、能够有效提高多机器人工作效率的多机器人自动充电调度方法。
本发明提供的这种多机器人自动充电调度方法，包括如下步骤：
S1.后台服务器事先存储所有充电桩的位置信息；机器人和充电桩上电后，主动向后台服务器发送请求并进行注册；
S2.注册完成后，机器人和充电桩开始工作，并实时上报自身的状态；机器人上报自身的位置信息和任务信息；
S3.当机器人需要充电时，机器人向后台服务器上报需要充电的信息，后台服务器根据当前所有机器人的剩余电量信息、位置信息和任务信息，以及充电桩的工作状态信息，对待充电的机器人实现充电调度；
S4.待充电的机器人将当前任务保存后，导航至分配的充电桩后，与充电桩配对并进行自动对准充电；
S5.待充电机器人充电完成后，自动离开充电桩并继续完成之前保存的任务。
步骤S3所述的机器人需要充电，具体为机器人的当前电量低于20％时判定为需要充电。
步骤S3所述的对待充电的机器人实现充电调度，具体为采用如下原则对待充电机器人进行调度：
原则A.后台服务器根据待充电的所有机器人的剩余电量信息，优先调度剩余电量低的机器人进行充电；
原则B.后台服务器根据待充电的机器人与空闲充电桩之间的距离，优先调度剩余电量低的机器人与距离最近的充电桩进行配对并充电。
原则B所述的优先调度剩余电量低的机器人与距离最近的充电桩进行配对并充电，具体采用如下步骤进行配对并充电：
a.后台服务器根据待充电机器人的剩余电量信息计算待充电机器人还能够运动的最大运动距离；
b.后台服务器根据步骤a计算得到的最大运动距离，判断在该最大运动距离范围内是否有空闲的充电桩：
若有，则后台服务器直接将该空闲充电桩与待充电机器人配对并充电；
若没有，则后台服务器判断在该最大运动距离范围内的所有充电桩上正在充电的机器人的当前电量是否大于设定值X；所说X为百分数，取值为0～100％；
c.根据步骤b中正在充电的机器人的当前电量的判定结果，后台服务器将待充电机器人与充电桩进行配电会充电：
若正在充电的机器人的当前电量大于或等于设定值X，则后台服务器将当前电量最大的正在充电的机器人释放充电桩，并将该释放的充电桩与待充电机器人进行配对并充电；所述的释放充电桩的机器人进入任务处理状态或待充电状态；
若正在充电的机器人的当前电量均小于设定值X，则后台服务器发送报警报文给待充电机器人，待充电机器人报警。
步骤S4所述的待充电机器人与充电桩配对并进行自动对准充电，具体为采用如下步骤进行自动对准充电：
Ⅰ.在充电桩上布置三个红外发送装置，所述红外发送装置分为左、中、右三个红外发送装置并对外发出红外光；同时在充电桩上布置三路激光信号发送装置，所述激光信号发送装置分为左、中、右三个激光信号发送装置并对外发送激光；所述中红外发送装置和中激光信号发送装置与充电桩的充电片的垂直中心线在同一平面上；
Ⅱ.在机器人侧安装两路红外接收装置，所述红外接收装置互相垂直分布，用于接收充电桩红外发送装置发出的红外光；在机器人侧还安装有三路激光信号接收装置，所述激光信号接收装置分为左、中、右三路激光信号接收装置；所述红外接收装置的垂足和中激光信号接收装置均与机器人的充电片的垂直中心线在同一平面上；
Ⅲ.当机器人判定自身需要充电时，机器人开启红外接收装置，接收充电桩红外发送装置对外发送的红外光；
Ⅳ.若机器人上的两路红外接收装置的任意一路接收到充电桩发出的红外光后，机器人采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光且机器人的左侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向右调整姿态，直至机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光；然后机器人向左调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
若机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光且机器人的右侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向左调整姿态，直至机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光；然后机器人向右调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
Ⅴ.机器人开启自身的三路激光信号接收装置，接收充电桩的激光信号发送装置发出的激光信号，并采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人自身的右激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向右调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
若机器人自身的左激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向左调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
Ⅵ.机器人调整到机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号后，机器人保持当前的左右位置姿态并向充电桩前进，直至机器人的充电片与充电桩的充电片接触并开始充电。
所述的机器人的红外接收装置还设置有红外滤光片，用于滤除自然光中的红外光对红外接收装置的影响。
所述的机器人的中激光信号接收装置还设置有透镜；所述透镜用于增加中激光信号接收装置对于激光的接收面积，从而保证机器人在对准充电桩移动时不会左右抖动。
所述的机器人自动充电对准方法，还包括如下步骤：
Ⅶ.机器人在充电对准时，若无法接收到充电桩发送的红外光信号或仅能接收到充电桩发送的部分红外光信号，则机器人原地旋转以查找红外光信号；若在规定的时间内仍然未接收到红外光信号，则直接报警；
Ⅷ.机器人在充电对准时，若能接收到充电桩发送的红外光信号却无法接收到充电桩发送的激光信号，则机器人以充电桩发送的红外光信号直接与充电桩进行对准充电：若对准，则直接充电；若对准次数超过设定的上限值X仍然无法对准，则机器人报警；所述X为自然数；
Ⅸ.若机器人与充电桩已经对准且机器人的充电片与充电桩的充电片已经接触，但是机器人在设定的时间内未检测到充电电压和充电电流，则机器人离开充电桩并重新对准；当机器人与充电桩已对准却仍未检测到充电电压和充电电流的次数达到设定值时，机器人报警；
Ⅹ.机器人与充电桩已经对准且开始充电，若机器人受到外力作用离开充电桩，则充电桩立即断电，机器人重新与充电桩对准并充电；
Ⅺ.若充电桩自身状态异常，则充电桩自身报警。
本发明提供的这种多机器人自动充电调度方法，通过一套科学合理的调度方法，最大程度上使得多机器人环境下的各个机器人都能够及时与充电桩配对并充电，从而最大程度保证了多机器人的工作持续性，从而提高了机器人工作的效率；此外，在机器人和充电桩的对准过程中采用了科学的对准方法，更进一步提高了机器人的充电效率，也减少了管理人员人为干扰的因素，从而进一步提高了整体的效率。
附图说明
图1为本发明的调度方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的调度方法流程图：本发明提供的这种多机器人自动充电调度方法，包括如下步骤：
S1.后台服务器事先存储所有充电桩的位置信息；机器人和充电桩上电后，主动向后台服务器发送请求并进行注册；
S2.注册完成后，机器人和充电桩开始工作，并实时上报自身的状态；机器人上报自身的位置信息和任务信息；
S3.当机器人需要充电时(比如机器人的当前电量低于20％时判定为需要充电)，机器人向后台服务器上报需要充电的信息，后台服务器根据当前所有机器人的剩余电量信息、位置信息和任务信息，以及充电桩的工作状态信息，对待充电的机器人实现充电调度；具体为采用如下原则对待充电机器人进行调度：
原则A.后台服务器根据待充电的所有机器人的剩余电量信息，优先调度剩余电量低的机器人进行充电；
原则B.后台服务器根据待充电的机器人与空闲充电桩之间的距离，优先调度剩余电量低的机器人与距离最近的充电桩进行配对并充电；具体采用如下步骤进行配对并充电：
a.后台服务器根据待充电机器人的剩余电量信息计算待充电机器人还能够运动的最大运动距离；
b.后台服务器根据步骤a计算得到的最大运动距离，判断在该最大运动距离范围内是否有空闲的充电桩：
若有，则后台服务器直接将该空闲充电桩与待充电机器人配对并充电；
若没有，则后台服务器判断在该最大运动距离范围内的所有充电桩上正在充电的机器人的当前电量是否大于设定值X；所说X为百分数，取值为0～100％；
c.根据步骤b中正在充电的机器人的当前电量的判定结果，后台服务器将待充电机器人与充电桩进行配电会充电：
若正在充电的机器人的当前电量大于或等于设定值X，则后台服务器将当前电量最大的正在充电的机器人释放充电桩，并将该释放的充电桩与待充电机器人进行配对并充电；所述的释放充电桩的机器人进入任务处理状态或待充电状态；
若正在充电的机器人的当前电量均小于设定值X，则后台服务器发送报警报文给待充电机器人，待充电机器人报警；
S4.待充电的机器人将当前任务保存后，导航至分配的充电桩后，与充电桩配对并进行自动对准充电；具体为采用如下步骤进行自动对准充电：
Ⅰ.在充电桩上布置三个红外发送装置，所述红外发送装置分为左、中、右三个红外发送装置并对外发出红外光；同时在充电桩上布置三路激光信号发送装置，所述激光信号发送装置分为左、中、右三个激光信号发送装置并对外发送激光；所述中红外发送装置和中激光信号发送装置与充电桩的充电片的垂直中心线在同一平面上；红外接收装置还设置有红外滤光片，用于滤除自然光中的红外光对红外接收装置的影响；
Ⅱ.在机器人侧安装两路红外接收装置，所述红外接收装置互相垂直分布，用于接收充电桩红外发送装置发出的红外光；在机器人侧还安装有三路激光信号接收装置，所述激光信号接收装置分为左、中、右三路激光信号接收装置；所述红外接收装置的垂足和中激光信号接收装置均与机器人的充电片的垂直中心线在同一平面上；机器人的中激光信号接收装置还设置有透镜；所述透镜用于增加中激光信号接收装置对于激光的接收面积，从而保证机器人在对准充电桩移动时不会左右抖动
Ⅲ.当机器人判定自身需要充电时，机器人开启红外接收装置，接收充电桩红外发送装置对外发送的红外光；
Ⅳ.若机器人上的两路红外接收装置的任意一路接收到充电桩发出的红外光后，机器人采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光且机器人的左侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向右调整姿态，直至机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光；然后机器人向左调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
若机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光且机器人的右侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向左调整姿态，直至机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光；然后机器人向右调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
Ⅴ.机器人开启自身的三路激光信号接收装置，接收充电桩的激光信号发送装置发出的激光信号，并采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人自身的右激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向右调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
若机器人自身的左激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向左调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
Ⅵ.机器人调整到机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号后，机器人保持当前的左右位置姿态并向充电桩前进，直至机器人的充电片与充电桩的充电片接触并开始充电；
Ⅶ.机器人在充电对准时，若无法接收到充电桩发送的红外光信号或仅能接收到充电桩发送的部分红外光信号，则机器人原地旋转以查找红外光信号；若在规定的时间内仍然未接收到红外光信号，则直接报警；
Ⅷ.机器人在充电对准时，若能接收到充电桩发送的红外光信号却无法接收到充电桩发送的激光信号，则机器人以充电桩发送的红外光信号直接与充电桩进行对准充电：若对准，则直接充电；若对准次数超过设定的上限值X仍然无法对准，则机器人报警；所述X为自然数；
Ⅸ.若机器人与充电桩已经对准且机器人的充电片与充电桩的充电片已经接触，但是机器人在设定的时间内未检测到充电电压和充电电流，则机器人离开充电桩并重新对准；当机器人与充电桩已对准却仍未检测到充电电压和充电电流的次数达到设定值时，机器人报警；
Ⅹ.机器人与充电桩已经对准且开始充电，若机器人受到外力作用离开充电桩，则充电桩立即断电，机器人重新与充电桩对准并充电；
Ⅺ.若充电桩自身状态异常，则充电桩自身报警；
S5.待充电机器人充电完成后，自动离开充电桩并继续完成之前保存的任务。

Claims (8)

1.一种多机器人自动充电调度方法，包括如下步骤：
S1.后台服务器事先存储所有充电桩的位置信息；机器人和充电桩上电后，主动向后台服务器发送请求并进行注册；
S2.注册完成后，机器人和充电桩开始工作，并实时上报自身的状态；机器人上报自身的位置信息和任务信息；
S3.当机器人需要充电时，机器人向后台服务器上报需要充电的信息，后台服务器根据当前所有机器人的剩余电量信息、位置信息和任务信息，以及充电桩的工作状态信息，对待充电的机器人实现充电调度；
S4.待充电的机器人将当前任务保存后，导航至分配的充电桩后，与充电桩配对并进行自动对准充电；
S5.待充电机器人充电完成后，自动离开充电桩并继续完成之前保存的任务。
2.根据权利要求1所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于步骤S3所述的机器人需要充电，具体为机器人的当前电量低于20％时判定为需要充电。
3.根据权利要求1所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于步骤S3所述的对待充电的机器人实现充电调度，具体为采用如下原则对待充电机器人进行调度：
原则A.后台服务器根据待充电的所有机器人的剩余电量信息，优先调度剩余电量低的机器人进行充电；
原则B.后台服务器根据待充电的机器人与空闲充电桩之间的距离，优先调度剩余电量低的机器人与距离最近的充电桩进行配对并充电。
4.根据权利要求3所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于原则B所述的优先调度剩余电量低的机器人与距离最近的充电桩进行配对并充电，具体采用如下步骤进行配对并充电：
a.后台服务器根据待充电机器人的剩余电量信息计算待充电机器人还能够运动的最大运动距离；
b.后台服务器根据步骤a计算得到的最大运动距离，判断在该最大运动距离范围内是否有空闲的充电桩：
若有，则后台服务器直接将该空闲充电桩与待充电机器人配对并充电；
若没有，则后台服务器判断在该最大运动距离范围内的所有充电桩上正在充电的机器人的当前电量是否大于设定值X；所说X为百分数，取值为0～100％；
c.根据步骤b中正在充电的机器人的当前电量的判定结果，后台服务器将待充电机器人与充电桩进行配电会充电：
若正在充电的机器人的当前电量大于或等于设定值X，则后台服务器将当前电量最大的正在充电的机器人释放充电桩，并将该释放的充电桩与待充电机器人进行配对并充电；所述的释放充电桩的机器人进入任务处理状态或待充电状态；
若正在充电的机器人的当前电量均小于设定值X，则后台服务器发送报警报文给待充电机器人，待充电机器人报警。
5.根据权利要求1～4之一所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于步骤S4所述的待充电机器人与充电桩配对并进行自动对准充电，具体为采用如下步骤进行自动对准充电：
Ⅰ.在充电桩上布置三个红外发送装置，所述红外发送装置分为左、中、右三个红外发送装置并对外发出红外光；同时在充电桩上布置三路激光信号发送装置，所述激光信号发送装置分为左、中、右三个激光信号发送装置并对外发送激光；所述中红外发送装置和中激光信号发送装置与充电桩的充电片的垂直中心线在同一平面上；
Ⅱ.在机器人侧安装两路红外接收装置，所述红外接收装置互相垂直分布，用于接收充电桩红外发送装置发出的红外光；在机器人侧还安装有三路激光信号接收装置，所述激光信号接收装置分为左、中、右三路激光信号接收装置；所述红外接收装置的垂足和中激光信号接收装置均与机器人的充电片的垂直中心线在同一平面上；
Ⅲ.当机器人判定自身需要充电时，机器人开启红外接收装置，接收充电桩红外发送装置对外发送的红外光；
Ⅳ.若机器人上的两路红外接收装置的任意一路接收到充电桩发出的红外光后，机器人采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光且机器人的左侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向右调整姿态，直至机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的右红外发送装置发出的红外光；然后机器人向左调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
若机器人的左侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光且机器人的右侧红外接收装置未接收到充电桩发出的红外光，则机器人继续向左调整姿态，直至机器人的右侧红外接收装置接收到充电桩的左红外发送装置发出的红外光；然后机器人向右调整姿态直至机器人的左红外接收装置和右红外接收装置同时接收到充电桩的中红外发送装置发送的红外光；
Ⅴ.机器人开启自身的三路激光信号接收装置，接收充电桩的激光信号发送装置发出的激光信号，并采用如下规则调整机器人自身的姿态：
若机器人自身的右激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向右调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
若机器人自身的左激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发送的激光信号，则机器人向左调整自身姿态，直至机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号；
Ⅵ.机器人调整到机器人的中激光信号接收装置接收到充电桩的中激光信号发送装置发出的激光信号后，机器人保持当前的左右位置姿态并向充电桩前进，直至机器人的充电片与充电桩的充电片接触并开始充电。
6.根据权利要求5所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于所述的机器人的红外接收装置还设置有红外滤光片，用于滤除自然光中的红外光对红外接收装置的影响。
7.根据权利要求6所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于所述的机器人的中激光信号接收装置还设置有透镜；所述透镜用于增加中激光信号接收装置对于激光的接收面积，从而保证机器人在对准充电桩移动时不会左右抖动。
8.根据权利要求7所述的多机器人自动充电调度方法，其特征在于所述的机器人自动充电对准方法，还包括如下步骤：
Ⅶ.机器人在充电对准时，若无法接收到充电桩发送的红外光信号或仅能接收到充电桩发送的部分红外光信号，则机器人原地旋转以查找红外光信号；若在规定的时间内仍然未接收到红外光信号，则直接报警；
Ⅷ.机器人在充电对准时，若能接收到充电桩发送的红外光信号却无法接收到充电桩发送的激光信号，则机器人以充电桩发送的红外光信号直接与充电桩进行对准充电：若对准，则直接充电；若对准次数超过设定的上限值X仍然无法对准，则机器人报警；所述X为自然数；
Ⅸ.若机器人与充电桩已经对准且机器人的充电片与充电桩的充电片已经接触，但是机器人在设定的时间内未检测到充电电压和充电电流，则机器人离开充电桩并重新对准；当机器人与充电桩已对准却仍未检测到充电电压和充电电流的次数达到设定值时，机器人报警；
Ⅹ.机器人与充电桩已经对准且开始充电，若机器人受到外力作用离开充电桩，则充电桩立即断电，机器人重新与充电桩对准并充电；
Ⅺ.若充电桩自身状态异常，则充电桩自身报警。
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